光的波动性 电磁波 相对论（讲义）解析版

14.4光的波初性电磁波相对抡

一、光的干涉、衍射及偏振

1.光的干涉

(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亲条纹，某些区域相互减弱，

出现喳条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。

(2)茶件：两束光的频率相同、相位差恒定。

⑶双缝干涉图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，

中央为白色条纹,其余为彩色条纹。

2.光的衍射

发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多,甚至比光的波长还小的

时候，衍射现象才会明显。

3.光的偏振

(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光

波的强度都相同。

(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

(3)偏振光的形成

①让自然光通过偏振片形成偏振光。

②让自然光在两种介质的界面发生反射和近射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完

全偏振光。

(4)光的偏振现象说明光是一种横波。

二、电磁场电磁波相对论

1.电磁波的特点

(1)电磁波是横波,电场强度E和磁感应强度8的方向都与传播方向重亘。

(2)电磁波传播时不需要任何介质，在真空中传播的速度最大，c=3xlQ8in/so

(3)电磁波本身是一种物质，它具有能量。

(4)具有波的特征，能产生反射、折射、衍射、干涉等现象。

2.相对论的简单知识

(1)狭义相对论的基本假设：

①狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。

②光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是也园的。

(2)时间和空间的相对性:

①时间间隔的相对性

Yr

②长度的相对性

1=4书。

(3)相对论速度变换公式：U=——Fo

1+今

(7

2

(4)质能方程：E=mco

考点速查

知识点一电磁波的产生

1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.

2.电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场.

3.电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波.

(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质.

(2川=»对电磁波同样适用.

(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象.

4.发射电磁波的条件：

(1)要有足够高的振荡频率；

(2)电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间.

5.调制：有调幅和调频两种方法.

6.电磁波的传播：

(1)三种传播方式：天波、地波、空间波.

(2)电磁波的波速：其空中电磁波的波速与光速相同，c=3xl08m/s.

7.电磁波的接收：

(1)当接收电路的固有须率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就

是电谐振现象.

(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路.

(3)从经过调制的高频振荡中“检''出调制信号的过程叫做检波，检波是调制的逆过程，也叫

做解调.

【典例1］下列说法正确的是

A.在摆角小于5。时单摆的周期与振幅无关

B.用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象

C.在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象

D.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象

E.两列波相叠加产生干涉现象，振动加强区域与振动减弱区域应交替出现

【答案】ACE

【解析】在摆角小于5。时单拱的振动可视为简谐振动，此时周期与振幅无关，选项A正确；

三棱镜观察太阳光谱，是利用光的折射率不同，出现光的折射色散现象，故B错误；在光

导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，选项C正确；用标准平面检查光学平面的平

整程度是利用光的干涉现象，选项D错误；两列波相叠加产生干涉现象，振动加强区域与

振动减弱区域应交替出现，选项E正确.

【变式1】关于光的干涉，下列说法中正确的是()

A.在衩缝「涉现象里，相邻两亮条纹和相邻两喑条纹的间距是不等的

B.在双缝干涉现象里，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽

C.只有频率相同的两列光波才能产生干涉

D.频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定

【答案】C

【解析】在双缝干涉实脸中，条纹间距是相等的，选项A错误；根据­=方可知，当入

射光由红光换成紫光时，条纹间距变窄，选项B错误；只有频率相同的两列波才能产生干

涉现象，选项C正确，D错误.

【变式2】如图所示a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样，

分析各图样的特点可以得出的正确结论是()

■uninilnil

abed

A.a、b是光的衍涉图样

B.c、d是光的衍涉图样

C.形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短

D.形成c图样的光的波长比形成d图样的光的波长短

【答案】B

【解析】干涉图样条纹间距相等，由可知，光波波长长的图样条纹间距大，A、C

错误；衍射图样中间条纹宽，两侧条纹窄，且波长长的图样中间条纹宽，B正确，D错误.

知识点二、电磁波谱

1.定义：按电磁波的波长从长到短的排列顺序是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X

射线和丫射线，形成电磁波谱.

2.电磁波谱的特性、应用

电磁频率真空中递变

特性应用

波谱/Hz波长/m规律

波动性

无线强，无线电技

<3x10">10-3

电波易发生衍术

射

衍直

红外10”〜红外线遥

IO=〜1()-7热效应射线

线10,5感

能传

可见

101510一7引起视觉照明、摄影力播

光

减能

化学效

弱力

应、

紫外1015〜医用消毒、增

10-7〜10一9荧光效

।强

线10,7防伪

应、

能杀菌

X射1()16〜10-8〜10-检查、医用

贯穿性强

线1019II透视

贯穿本领工业探伤、

Y射线>1019

最强医用治疗

【典例2】（2021•重庆市调研测试）某容器中盛有水，底部O处发出的光束中含有a、b两种

色光，在水与空气界面的折射情况如图所示。以下判断正确的是

A.水对a光折射率比水对b光折射率小

B.在水中a光的速度比b光速度小

C.在真空中,a光的波长比b光的波长小

D.增大光束在水中的入射角，界面处折射光光消失的是b光

E.用同一实脸装置做光的干涉实脸,屏上相邻亮条纹中心间距,a光间距比b光大

【答案】ADE

【解析】A、由图可知水对a光折射率比水对b光折射率小，故选项A正确；B、由u=£可

n

知在水中a光的速度比b光速度大，故选项B错误；C、a光频率比b光频率小，在真空中，

a光的波长比b光的波长大，故选项C错误；D、由临界角公式s%C="!■可知b光的临界角

n

小于a光的临界角，增大光束在水中的入射角，界面处折射光先消失的是b光，故选项D

正确；E、根据双缝干涉条纹的间距公式Ar=9/l可知两种色光的波长越长，条纹间距较大，

a

所以a光的条纹间距比b光波长大，故选项E正确。

【变式1］（2021•湖南省衡阳市第二次联考）以下物理学知识的相关叙述中，正确的是

A.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普效应

B.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振

C.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，说明光具有波动性

D.红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线

E.在“用单摆测重力加速受'的实验中，为了减小测量单摆周期的误差，应选小球运动中的

最低点为计时起点，测其n次全振动的时间

【答案】ACE

【解析】A项：交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普现象，从汽车上反射回的

超声波的频率发生了变化，故A正确；B项：用透明的标准样板和单色光检查平面的平整

度是利用了光的干涉，故B错误；C项：通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条

纹，是波的衍射图样，说明光具有波动性，故C正确；D项：红外线的显著作用是热作用，

温度较低的物体也能辐射红外线，故D错误；E项：在“用单摆测重力加速度'’的实险中，

为了减小测量单摆周期的一美差，应选小球运动中的最低点为计时起点，因为最诋点速度最

大，测其n次全振动的时间，故E正确；故选ACE.

【变式2］（2021江苏卷）将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条挟缝去看

与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的（选填"折射''“干涉”或"衍

射“）.当缝的宽度（选填“远大于''或"接近''）光波的波长时，这种现象十分明显。

【答案】衍射接近

【解析】通过两支铅笔中间的缝能看到彩色条纹，说明光绕过缝而到人的眼睛，所以这是

由于光的衍射现象，由发生明显衍射条件可知，当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的

波长少得多时能发生明显衍射现象。

知识点三、对狭义相对论的理解

1.两个基本假设

（1）相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.

（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者

间的相对运动没有关系.

2.相对论的质速关系

（1）物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量

（2）物体运动时的质量m总要大于静止时的质量mo.

3.相对论的质能关系

用机表示物体的质量，石表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E=/nc2.

【典例3】（多选）关于电磁波谱，下列说法正确的是（）

A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变

B.丫射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高

C.紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射

D.在电磁波谱中，最容易发生衍射现象的是y射线

E.在电磁波谱中，无线电波一般可用于通信

ABE［紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，选项C错误；在电磁波谱中，

最容易发生衍射现象的是无线电波，选项D错误。］

【变式1］（多选）关于机械波、电磁波和相对论的下列说法正确的是（）

A.1机械波和电磁波在介质中的传播速度仅由介质决定

B.假设火车以接近光速的速度通过站台，站台上的旅客观察到车上的乘客变矮了

C.简谐机械波传播时单位时间内经过介质中某点的完全波的个数就是这列波的频率

D.用光导纤维束传播图